27119

شناسايي عدم قطعيت در پارامتر‌هاي يك سيستم پيچيده به كمك روش بيزين

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك

1401

1401/7/9

حميد احمديان

مهندسي مكانيك

سازه‌هاي مهندسي ساخته شده به‌صورت اجتناب‌ناپذيري در معرض بسياري از منابع عدم‌قطعيت مانند تغيير ابعاد هندسي ناشي از فرآيند توليد، مونتاژ و نصب، شرايط عملياتي، خوردگي و سايش، تغييرات ذاتي در مواد و شرايط مرزي نامشخص هستند. شناسايي پارامترهاي تأثيرگذار بر روي رفتار ديناميكي سازه‌ها يك گام مهم در طراحي و به‌روزرساني سيستم‌هاي ديناميكي است. عدم‌قطعيت در پارامترها سبب مي‌گردد تا سازه‌هاي با شرايط نامي يكسان داراي مقادير متفاوت فركانس‌هاي طبيعي و پاسخ ارتعاشي باشند. عمر خستگي چرخه‌‌بالا پره‌هاي توربين به‌طور منفي تحت تأثير ارتعاشات مكانيكي فركانس بالا ايجاد شده در حين كار است. يكي از روش‌هاي كاهش اين خطر، استفاده از ميراگرهاي زير‌سكو براي اتلاف انرژي از سيستم و كاهش دامنه ارتعاش است. بهينه‌سازي طراحي چنين ميراگرهايي نيازمند مدل‌هايي با دقت بالا است. متأسفانه، مدل‌هاي متدوال براي چنين شبيه‌سازي‌هايي قطعي هستند، اگرچه منابع نشان مي‌دهد كه مقدار زيادي عدم‌قطعيت در پارامترهاي سطوح تماس به عنوان ورودي براي آن مدل‌ها وجود دارد. هدف اين پژوهش كمي‌سازي عدم‌قطعيت پاسخ ارتعاشي پره‌هاي توربين همراه با ميراگر زيرسكو با انتخاب پارامتر و استراتژي نمونه‌برداري مناسب براي به‌روزرساني مدل تصادفي براي بررسي تغييرپذيري مشاهده شده در پارامترهاي سطوح تماس پره‌هاي توربين با ميراگر زيرسكو است. در ابتدا مدلي بهينه‌شده از لحاظ انتخاب نوع المان‌هاي اجزاء‌محدود (كاهش زمان اجرا) با استفاده از شبيه‌سازي سيستم در نرم‌افزار اجزاء‌محدود ارائه شده است؛ سپس با استفاده از آزمايش مودال تجربي بر روي مدل اجزاء‌محدود دو پره به همراه ميراگر زيرسكو، بهترين هندسه براي سطوح تحت تأثير اتصال ارائه شده است. در انتها با توجه به مدل پيچيده‌ي سيستم پره‌هاي توربين همراه با ميراگر زيرسكو، رويكرد بيزين در به‌روزرساني مدل تصادفي براي تخمين عدم‌قطعيت پارامترهاي سطوح تماس با استفاده از روش نمونه‌برداري زنجير‌ماركوف مونت‌كارلو با استفاده از الگوريتم متروپليس به‌كار گرفته شده است. در نهايت يك مدل داراي توزيع احتمال در خواص پارامترهاي سطوح تماس به‌دست آمد كه به‌خوبي مي‌تواند عدم‌قطعيت پاسخ ارتعاشي سازه‌ي آزمايش را كمي‌سازي كند.

1401/07/19

Uncertainty Quantification of a Complex System Parameters using Bayesian Method

10/1/2023 12:00:00 AM

Engineering structures created, are exposed to various uncertainties such as geometrical dimension variation caused during manufacturing, assembly, thermal process, wear, corrosion, inherent variation in material and indefinite boundary condition. Identifying the effective parameters on dynamical behavior of the structures is a decisive factor in designing and updating the dynamical system. Uncertainty in parameters caused structures enjoy same condition with different natural frequency and vibration response. Turbine blade high cycle fatigue life negatively are being influenced by high mechanical vibration frequencies. One of the ways to decline this danger is utilizing of under platform dampers for avoiding waste of energy and reducing the amplitude response. For optimizing these sorts of dampers require to be conducted carefully. Unfortunately, there are common models for this type of definite simulation even though various resources indicate a large number of uncertainties exist within the surface parameters so that it will be used for input. The purpose of this study is to quantifying the uncertainty of the turbine blade vibration response along with under plate damper with choosing right parameter and proper strategy for sampling so that the random model will be updated. This process will be carried out in order to analyze observable variation in surface contact parameters. First, the optimized model including choosing right finite elements (reduces run time) provided by simulation in finite element software. Then, with use of experimental modal analysis on finite element model, two blades with under plate damper bring the ideal geometry of contact surface. At the end, considering the complexity of the turbine blades system with under plate damper, Bayesian approach was utilized for updating the random model. Estimating the uncertainty of the contact parameters was fulfilled with contribution of Metropolis-Hasting algorithm representing one of the Markov Chain Monte Carlo algorithms. Finally, a model with a probability distribution in the properties of the parameters of the contact surfaces was obtained, which can well quantify the uncertainty of the vibration response of the test structure.

به‌روزرساني مدل تصادفي , كمي‌سازي عدم‌قطعيت , استنباط بيزين , ناحيه‌ي تحت تأثير اتصال , ميراگرهاي زيرسكو

Stochastic model updating , Uncertainty quantification , Bayesian Inference , Joint affected region , Underplatform dampers

Shayan Eini

Hamid Ahmadian